9급 지방직 공무원 서울시 화학 필기 기출문제복원 (2018-06-23)

9급 지방직 공무원 서울시 화학 2018-06-23 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 화학
(2018-06-23 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 전자배치 중에서 훈트 규칙(Hund’s rule)을 위반한 것은?

(정답률: 92%)
  • 훈트 규칙은 에너지가 같은 오비탈에 전자가 채워질 때, 가능한 한 홀전자 수가 많도록(스핀 방향이 같게) 하나씩 먼저 채워져야 한다는 규칙입니다.
    의 경우, $3\text{d}$ 오비탈의 빈 공간이 있음에도 불구하고 전자가 쌍을 이루어 채워져 있어 훈트 규칙을 위반하였습니다.
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2. 탄소와 수소로만 이루어진 미지의 화합물을 원소분석한 결과 4.40g의 CO2와 2.25g의 H2O를 얻었다. 미지의 화합물의 실험식은? (단, 원자량은 H=1, C=12, O=16이다.)

  1. CH2
  2. C2H5
  3. C4H12
  4. C5H2
(정답률: 85%)
  • 각 원소의 질량을 구하여 몰비(mole ratio)를 계산하면 실험식을 구할 수 있습니다.
    1. $C$의 몰수: $CO_{2}$의 질량에서 $C$의 비율 계산
    $$\text{mol } C = \frac{4.40\text{g}}{44\text{g/mol}} = 0.1\text{mol}$$
    2. $H$의 몰수: $H_{2}O$의 질량에서 $H$의 비율 계산
    $$\text{mol } H = \frac{2.25\text{g}}{18\text{g/mol}} \times 2 = 0.25\text{mol}$$
    3. 가장 작은 몰수로 나누어 정수비 도출
    $$C : H = 0.1 : 0.25 = 1 : 2.5 = 2 : 5$$
    따라서 실험식은 $C_{2}H_{5}$ 입니다.
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3. 백열전구가 켜지는 전기 회로의 전극을 H2SO4 용액에 넣었더니 백열전구가 밝게 불이 들어왔다. 이 용액에 묽은 염용액을 첨가했더니 백열전구가 어두워졌다. 어느 염을 용액에 넣은 것인가?

  1. Ba(NO3)2
  2. K2SO4
  3. NaNO3
  4. NH4NO3
(정답률: 74%)
  • 전구의 밝기가 어두워졌다는 것은 용액 내의 이온 농도가 감소하여 전기 전도도가 낮아졌음을 의미합니다.
    황산 용액($H_{2}SO_{4}$)에 $Ba(NO_{3})_{2}$를 넣으면, $Ba^{2+}$이온이 $SO_{4}^{2-}$이온과 반응하여 물에 녹지 않는 흰색 앙금인 $BaSO_{4}$를 형성하며 이온 수가 급격히 줄어듭니다.
    $$Ba^{2+} + SO_{4}^{2-} \rightarrow BaSO_{4}(s)$$

    오답 노트
    $K_{2}SO_{4}, NaNO_{3}, NH_{4}NO_{3}$는 앙금을 형성하지 않아 이온 농도를 유지하거나 증가시키므로 전구가 어두워지지 않습니다.
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4. 반응식의 균형을 맞출 경우에, ㈎~㈐로 가장 옳은 것은?

  1. ㈎ 2 ㈏ 3 ㈐ 2
  2. ㈎ 3 ㈏ 3 ㈐ 1
  3. ㈎ 2 ㈏ 3 ㈐ 3
  4. ㈎ 3 ㈏ 3 ㈐ 3
(정답률: 93%)
  • 화학 반응식의 계수는 반응 전후의 원자 수가 동일하게 보존되어야 한다는 질량 보존의 법칙을 이용하여 맞춥니다.
    반응식: $3NaHCO_{3}(aq) + C_{6}H_{8}O_{7}(aq) \rightarrow (\text{㈎})CO_{2}(g) + (\text{㈏})H_{2}O(l) + (\text{㈐})Na_{3}C_{6}H_{5}O_{7}(aq)$
    1. $Na$ 원자 수: 반응물 3개 $\rightarrow$ 생성물 $Na_{3}C_{6}H_{5}O_{7}$ 1개 필요 $\rightarrow$ $\text{㈐} = 1$
    2. $C$ 원자 수: 반응물 $1+6=7$개 $\rightarrow$ 생성물 $(\text{㈎}) + 6 \times (\text{㈐})$개 $\rightarrow$ $\text{㈎} + 6 = 7$이므로 $\text{㈎} = 3$
    3. $H$ 원자 수: 반응물 $3+8=11$개 $\rightarrow$ 생성물 $2 \times (\text{㈏}) + 5 \times (\text{㈐})$개 $\rightarrow$ $2 \times (\text{㈏}) + 5 = 11$이므로 $2 \times (\text{㈏}) = 6$, $\text{㈏} = 3$
    따라서 $\text{㈎}=3, \text{㈏}=3, \text{㈐}=1$ 입니다.
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5. 순수한 상태에서 강한 수소결합이 가능한 분자는?

(정답률: 87%)
  • 강한 수소결합이 일어나려면 전기 음성도가 매우 큰 F, O, N 원자에 수소(H)가 직접 결합되어 있어야 합니다.
    분자는 O-H 결합을 가지고 있어 분자 간 강한 수소결합이 가능합니다.
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6. (스트론튬)의 양성자(p) 및 중성자(n)의 수가 바르게 짝지어진 것은?

  1. 양성자(p) 38, 중성자(n) 52
  2. 양성자(p) 38, 중성자(n) 90
  3. 양성자(p) 52, 중성자(n) 38
  4. 양성자(p) 90, 중성자(n) 38
(정답률: 96%)
  • 원자 기호에서 왼쪽 아래 숫자는 원자 번호(양성자 수)이고, 왼쪽 위 숫자는 질량수(양성자 수 + 중성자 수)입니다.

    ① [기본 공식] 양성자 수 $p = \text{원자 번호}$, 중성자 수 $n = \text{질량수} - \text{원자 번호}$
    ② [숫자 대입] $p = 38$, $n = 90 - 38$
    ③ [최종 결과] 양성자 $p = 38$, 중성자 $n = 52$
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7. 이원자 분자 중 p오비탈-s오비탈 혼합을 고려해서 분자오비탈의 에너지 순서를 정하고 전자를 채웠을 때, 분자와 자기성을 나타낸 것으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. B2, 상자기성
  2. C2, 반자기성
  3. O2, 상자기성
  4. F2, 상자기성
(정답률: 68%)
  • 분자오비탈 이론에 따라 전자를 채웠을 때, 모든 전자가 쌍을 이루면 반자기성, 홀전자가 존재하면 상자기성을 띱니다.
    F$_{2}$는 모든 전자가 짝을 이루어 채워지므로 반자기성을 나타내야 합니다.

    오답 노트
    B$_{2}$: 홀전자 2개 존재 $\rightarrow$ 상자기성
    C$_{2}$: 모든 전자 짝지음 $\rightarrow$ 반자기성
    O$_{2}$: 홀전자 2개 존재 $\rightarrow$ 상자기성
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8. ＜보기＞의 괄호에 들어갈 4A족 원소에 해당하는 것으로 가장 옳은 것은?

  1. 탄소
  2. 규소
  3. 저마늄
  4. 주석
(정답률: 74%)
  • 연한 은빛 금속이며 압연이 가능하고, 청동이나 땜납 등의 합금에 사용되며 현재 강철의 보호 피막(도금)으로 사용되는 4A족 원소는 주석입니다.
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9. 오존이 분해되어 산소가 되는 반응이 ＜보기＞의 두 단계를 거쳐 이루어질 때, 반응 메카니즘과 일치하는 반응속도식은? (단, 첫 단계에서는 빠른 평형을 이루고, 두 번째 단계는 매우 느리게 진행한다.)

  1. k[O3]
  2. k[O3]2
  3. k[O3]2[O2]
  4. k[O3]2[O2]-1
(정답률: 72%)
  • 느린 단계(속도 결정 단계)의 반응 속도식에 빠른 평형 단계의 중간체 농도를 대입하여 구합니다.
    1단계 평형: $O_{3} \rightleftharpoons O_{2} + O$에서 $$[O] = \frac{k_{1}[O_{3}]}{k_{-1}[O_{2}]}$$
    2단계 속도식: $v = k_{2}[O][O_{3}]$
    위의 $[O]$ 값을 대입하면:
    ① [기본 공식] $v = k_{2} \frac{k_{1}[O_{3}]}{k_{-1}[O_{2}]} [O_{3}]$
    ② [숫자 대입] $v = \frac{k_{2}k_{1}}{k_{-1}} [O_{3}]^{2} [O_{2}]^{-1}$
    ③ [최종 결과] $v = k[O_{3}]^{2}[O_{2}]^{-1}$
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10. 암모니아를 생산하는 하버 프로세스가 ＜보기＞와 같을 때, 암모니아 생성을 방해하는 것으로 가장 옳은 것은?

  1. 고온
  2. 고압
  3. 수소 추가
  4. 생성된 암모니아 제거
(정답률: 88%)
  • 하버 프로세스 $\text{N}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(\text{g})$는 $\Delta H^\circ = -92.2\text{kJ}$ 인 발열 반응입니다. 르샤틀리에 원리에 따라 온도를 높이면 에너지를 흡수하는 방향인 역반응이 우세해져 암모니아 생성이 방해됩니다.

    오답 노트
    고압: 분자 수가 감소하는 정반응 촉진
    수소 추가: 반응물 증가로 정반응 촉진
    암모니아 제거: 생성물 감소로 정반응 촉진
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11. 프로판올(C3H7OH)이 산소와 반응하면 물과 이산화탄소가 생긴다. 120.0g의 프로판올이 완전 연소될 때 생성되는 물의 질량은? (단, 수소의 원자량은 1.0g/mol, 탄소의 원자량은 12.0g/mol, 산소의 원자량은 16.0g/mol이다.)

  1. 36.0g
  2. 72.0g
  3. 144.0g
  4. 180.0g
(정답률: 96%)
  • 프로판올의 연소 반응식은 $\text{C}_3\text{H}_7\text{OH} + 4.5\text{O}_2 \rightarrow 3\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$ 입니다. 프로판올 1몰당 물 4몰이 생성되는 관계를 이용하여 계산합니다.
    먼저 프로판올의 분자량은 $12.0 \times 3 + 1.0 \times 8 + 16.0 = 60.0\text{g/mol}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\text{Mass of } \text{H}_2\text{O} = \frac{\text{Given Mass}}{\text{Molar Mass of Propanol}} \times 4 \times \text{Molar Mass of } \text{H}_2\text{O}$ ② [숫자 대입] $$\text{Mass of } \text{H}_2\text{O} = \frac{120.0}{60.0} \times 4 \times 18.0$$ ③ [최종 결과] $$\text{Mass of } \text{H}_2\text{O} = 144.0\text{g}$$
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12. 주양자수 n=5에 대해서, 각운동량 양자수 l의 값과 각 부 껍질 명칭으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. l=0, 5s
  2. l=1, 5p
  3. l=3, 5f
  4. l=4, 5e
(정답률: 84%)
  • 주양자수 $n$에 따른 각운동량 양자수 $l$의 값은 $0$부터 $n-1$까지 가능하며, 각 값에 대응하는 부껍질 명칭은 $l=0(\text{s}), l=1(\text{p}), l=2(\text{d}), l=3(\text{f})$로 정해져 있습니다.
    따라서 $l=4$에 해당하는 부껍질 명칭은 $\text{e}$가 아니며, 주양자수 $n=5$에서 $l$의 최댓값은 $4$이지만 일반적인 화학 범위 내의 부껍질 명칭 체계와 맞지 않습니다.
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13. ＜보기＞ 중 반지름이 가장 큰 이온은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 90%)
  • 제시된 이온들은 모두 전자 배치가 $\text{Kr}$ (원자번호 36)과 동일한 등전자 이온 시리즈입니다. 등전자 이온의 경우, 원자 번호가 작을수록(핵전하량이 작을수록) 전자를 당기는 힘이 약해져 이온 반지름이 커집니다.
    각 이온의 원자 번호를 비교하면 $\text{Se}(34) < \text{Br}(35) < \text{Rb}(37) < \text{Sr}(38)$이므로, 원자 번호가 가장 작은 $\text{Se}^{2-}$가 반지름이 가장 큽니다.
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14. 전자기파의 파장이 증가하는(에너지가 감소하는) 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. 마이크로파＜적외선＜가시광선＜자외선
  2. 마이크로파＜가시광선＜적외선＜자외선
  3. 자외선＜가시광선＜적외선＜마이크로파
  4. 자외선＜적외선＜가시광선＜마이크로파
(정답률: 90%)
  • 전자기파의 에너지는 진동수에 비례하고 파장에 반비례합니다. 에너지가 가장 높은 자외선이 파장이 가장 짧으며, 마이크로파로 갈수록 에너지는 감소하고 파장은 증가합니다. 따라서 파장이 증가하는 순서는 자외선 < 가시광선 < 적외선 < 마이크로파입니다.
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15. 과망간산 칼륨(KMnO4)은 산화제로 널리 쓰이는 시약이다. 염기성 용액에서 과망간산 이온은 물을 산화시키며 이산화망간으로 환원되는데, 이때의 화학 반응식으로 가장 옳은 것은?

  1. MnO4-(aq)+H2O(l) → MnO2(s)+H2(g)+OH-(aq)
  2. MnO4-(aq)+6H2O(l) → MnO2(s)+2H2(g)+8OH-(aq)
  3. 4MnO4-(aq)+2H2O(l) → 4MnO2(s)+3O2(g)+4OH-(aq)
  4. 2MnO4-(aq)+2H2O(l) →2Mn2+(aq)+3O2(g)+4OH-(aq)
(정답률: 81%)
  • 염기성 용액에서 과망간산 이온($$MnO_{4}^{-}$$)이 이산화망간($$MnO_{2}$$)으로 환원되면서 물을 산화시켜 산소 기체를 발생시키는 반응입니다. Mn의 산화수 변화($$+7 \rightarrow +4$$)와 산소의 산화수 변화($$-2 \rightarrow 0$$)를 맞추어 계수를 조정하면 다음과 같은 화학 반응식이 도출됩니다.
    $$4MnO_{4}^{-}(aq) + 2H_{2}O(l) \rightarrow 4MnO_{2}(s) + 3O_{2}(g) + 4OH^{-}(aq)$$
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16. [Co(NH3)6]3+, [Co(NH3)5(NCS)]2+, [Co(NH3)5(H2O)]2+는 각각 노란색, 진한 주황색, 빨간색을 띤다. NH3, NCS-, H2O의 분광화학적 계열 순서를 크기에 따라 표시한 것으로 가장 옳은 것은?

  1. NH3 ＞ NCS- ＞ H2O
  2. NH3 ＜ NCS- ＜ H2O
  3. NCS- ＞ H2O ＞ NH3
  4. NCS- ＜ H2O ＜ NH3
(정답률: 60%)
  • 착이온의 색은 흡수하는 빛의 에너지(파장)에 의해 결정되며, 이는 리간드의 결정장 갈라짐 에너지 크기에 따라 달라집니다. 흡수하는 빛의 에너지가 클수록(파장이 짧을수록) 보색 관계에 의해 나타나는 색의 에너지가 낮아집니다. 노란색(가장 높은 에너지 흡수) > 진한 주황색 > 빨간색 순으로 리간드의 세기가 강하므로, 분광화학적 계열은 NH$_{3}$ > NCS$^{-}$ > H$_{2}$O 순입니다.
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17. 알칼리 금속에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 나트륨(Na)의 ‘원자가 전자 배치’는 3s1이다.
  2. 물과 반응할 때, 환원력의 순서는 Li ＞ K ＞ Na이다.
  3. 일차 이온화 에너지는 Li ＜ K ＜ Na이다.
  4. 세슘(Cs)도 알칼리 금속이다.
(정답률: 75%)
  • 알칼리 금속은 같은 족에서 원자 번호가 커질수록(위에서 아래로 갈수록) 원자 반지름이 증가하여 원자가 전자를 떼어내기가 더 쉬워집니다. 따라서 일차 이온화 에너지는 원자 번호가 커질수록 감소하는 경향을 보입니다.

    오답 노트
    일차 이온화 에너지는 Li > Na > K 순으로 감소해야 하므로 Li < K < Na 설명은 틀렸습니다.
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18. ＜보기＞의 화학반응식의 산화 반쪽반응으로 가장 옳은 것은?

  1. Zn(s) → Zn2+(aq)+2e-
  2. Zn2+(aq)+ 2e- → Zn(s)
  3. 2H+(aq)+ 2e- → H2(g)
  4. H2(g) → 2H+(aq)+ 2e-
(정답률: 86%)
  • 산화 반쪽반응은 전자를 잃고 산화수가 증가하는 반응입니다. 주어진 화학반응식 $$\text{Zn(s)} + 2\text{H}^{+}(\text{aq}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{aq}) + \text{H}_{2}(\text{g})$$에서 $\text{Zn}$은 산화수가 $0$에서 $+2$로 증가하며 전자를 잃으므로 산화 반응에 해당합니다.
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19. ＜보기＞ 중 끓는점이 가장 높은 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 87%)
  • 제시된 물질들은 모두 굽은형 구조를 가진 16족 원소의 수소 화합물입니다.
    $\text{H}_{2}\text{O}$는 분자 크기가 작음에도 불구하고, 전기 음성도 차이가 매우 커서 분자 간 강한 수소 결합을 형성합니다.
    수소 결합은 일반적인 쌍극자-쌍극자 상호작용보다 훨씬 강력하므로, 분자량이 더 큰 $\text{H}_{2}\text{S}, \text{H}_{2}\text{Se}, \text{H}_{2}\text{Te}$보다 끓는점이 월등히 높습니다.
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20. VSEPR(원자가 껍질 전자쌍 반발이론)에 근거하여 가장 안정된 형태의 구조가 삼각쌍뿔인 분자는?

  1. BeCl2
  2. CH4
  3. PCl5
  4. lF5
(정답률: 79%)
  • VSEPR 이론에 따라 중심 원자의 전자쌍 수(결합쌍 + 비공유 전자쌍)가 5개이고 비공유 전자쌍이 없을 때 삼각쌍뿔 구조를 가집니다.
    $PCl_{5}$는 중심 원자인 $P$가 5개의 $Cl$과 단일 결합을 형성하여 전자쌍 수가 5개이며, 비공유 전자쌍이 없으므로 가장 안정된 구조가 삼각쌍뿔입니다.

    오답 노트
    $BeCl_{2}$: 직선형
    $CH_{4}$: 정사면체
    $IF_{5}$: 사각뿔
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